JPS6273073A - 極低温冷凍装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、極低温冷凍装置に係り、特にパルス的変動負
荷を有する被冷却体を具備した極低温冷凍ｔＪδに関す
る。

〔発明の背景〕

第４図は従来の極低温冷凍装置の構成の一例を示すブロ
ック図である。第４図において、１は圧縮機、２は極低
温冷凍機、３ａ〜３ｅは熱交換器、４は膨張機人口弁、
５ａ及び５ｂは膨張機、６はジュールトムソン弁（以下
、ＪＴ弁と略）、７ａ及び７ｂは極低温冷媒移送配管、
１０はクライオスタツト％１１は被冷却体、１５は連通
管、１６は外槽。

１７は緩ｇＲ容器である。

次に、上記のように構成さｎた従来の極低温冷凍ｔＪｒ
！ｔの動作暑こついて述べる。圧縮機１で圧縮された高
圧冷媒ガスは極低温冷凍ａ２に導入され、第１の？−又
換器３ａで冷却さｎた後、一部は膨張機人口弁４を通り
第１の膨張機５ａで膨張仕事を行うことによって寒冷を
発生し温度降下して第３の熱交換器３ｃに入る。′？Ｍ
３の熱交換器３ｃに導入さｎた第１の膨張ｆｉ５ａの出
口冷媒ガスは、第３の熱交換器３ｃで冷却された後、第
２の膨張機５ｂで再び膨張仕事を行うことによって寒冷
を発生し温度降下して低圧冷媒ガスに合流する。第１の
熱交換器１ａで冷却された高圧冷媒ガスの残りは、第２
〜＠５の熱交換器３ｂ〜３ｅで冷却され、ＪＴＴｅ３ジ
ュールトムソン膨張して一部が液化した極低温冷媒とな
る。極低温冷凍機２で生成した極低温冷媒は、極低温冷
媒移送配管７ａでクライオスタット１０に送られ被冷却
体１１を冷却する。

被冷却体１１を冷却してガス化した極低温冷媒は、極低
温冷媒移送配管７ｂを通り極低温冷凍機２に戻り１ｍ５
〜第１の熱交換器３８〜３ａｌ’寒冷回収さｆした後、
圧縮機１に戻る。

被冷却体１１の負荷がパレス的に増大した時には。

クライオスタット１０に保持されたいため極低温液化冷
媒が急蒸発を始めるが、こｉｔを直接極低湿冷凍８！２
に戻した場合には、熱交換器３ａ〜３ｅ及び膨張機５ａ
、５ｂ等の極低温冷凍機２の内部機器の温度が急降下し
故障を起こすなどの問題が有る。このため、従来の極低
製冷凍ＩＪ１１７では、緩衝容器１７を連通管上で極低
温冷媒移送配管７ｂと接し、負荷の急激な変動斎吸収し
ていた。緩衝容器１７は、伸縮性をもった容器であり、
被冷却体Ｈの負荷かパルス的に増大し急増大する極低温
冷媒戻りガスを吸収し、極低温冷凍機２に対する負荷変
動を平滑化する。緩衝容器１７は極低温冷媒を保持する
ために、大気からの侵入熱を低減する必要があるが、こ
のために真空断熱用の外槽１６が設けられている。

以上のような構成及び動作の従来の極低温冷凍装置は、
極低温冷凍機に対する負荷変動を平滑化するためにＷＩ
ｔ衝容器を設けている。このために、’Ａｆｌｌが大き
くなり、据付面積が広（なったり、ａ衝容器に対する侵
入熱のため蕃こ極低温冷凍機曇こ対する負荷が増大する
という欠点がアラた。

なお、この種の装置として関連するものには例えば、多
田他「パルス・ｌロイダルコイル用冷凍システムの設計
（その１）Ｊ、ｆｆ１２６回低温工学研究発表会（１９
８１年６月）予稿Ａ２−４がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、パルス的負荷変動を有する被冷却体を
冷却する極低温冷凍装置ｔにおいて、装置の小形化、低
コスト化、省エネルギー化及び運転制御性の向上を因っ
た極低温冷凍装置を提供する二と曇こある。

〔発明の概要〕

パルス的負荷変動を直接極低湿冷凍機にかけられないの
は、基本的には極低温冷凍機の時定数が大きく、応答が
遅いためである。極低温冷凍機の時定数を小さくするこ
とには限界があり、負荷変動を平滑化する必要があるこ
とは避は倖い。

従来の極低温冷凍装置では、負荷変動の平滑化のために
、負荷デ動に伴う極低温冷媒ガス流量の変動を緩衝容器
で吸収し、極低温冷凍機に対するみかけの負荷ｆ動を平
滑化していた。

これに対し、極低温冷凍機に対する負荷を与えられる加
熱手段１例えばヒータを設け、ヒータで与える負荷を調
節することによって、被冷却体の負荷もヒータ負荷の合
計した負荷な極低温冷凍機の時定数に対応して平滑化す
ることが考えらｊる。

木刀式は、負荷を直接的に調節するために、緩衝容器は
不要となる。さらに、被冷却体の負荷パターンは被冷却
体の運転条件によって、ｌＩ々変動するが、これらに対
しても、ヒータで与える負荷パターンを変えることによ
って、極低温冷＃轡に対する負荷調節が可能であるため
、被冷却体の運転の自由度が広くなる。

〔発明の実施例］ Ｗ下１本発明の極低温冷？Ｉ装置の実施例について図面
に基づいて説明する。第１図はその一実施例の構成を示
すブロフク図である。この第１図において１重複を避け
るため薔こ、第４図も同一部分については同一符号を付
してその説明を省略し。

第４図とは異なる部分を重点的に述べることにする。

第１図ｉこおける加はヒータ、２１はヒータｔｔｔ源、
ｎはヒータ制御器である。その他の部分は第２図も同様
である。なお、９Ｅ４図の連通管１５．外槽１６緩衝容
器１７は第１図では削除されている。

次に５以上のように構成された本発明の極低温冷凍装置
の動作について説明する。クライオスタット１０内には
加熱手段の一例であるヒータ加が設置さｎ、ヒータ電源
２１．ヒータ制御器ｎと接続されており、ヒータ制御器
ｎを調節することによつて、極低温冷媒に任意の負荷を
かけられるようになっている。被冷却体１１も、ヒータ
（９）の負荷の合計したものが極低温冷凍機２に対する
負荷となろ。

ヒータ制御器ηを調節することによって、極低温冷凍機
２に対する負荷を平滑化することができる。

第２図は、第１図の本発明の実施例による負荷変動の一
例を示したものである。纂２図において。

支はヒータ濁の負荷を示した曲線であり、３３はヒータ
負荷曲線と第３図の被冷却体負荷曲線３１の合計値であ
り、極低温冷凍機２に対する負荷曲線となる。

第１図及び第２図に示すように、ヒータ負荷を調節する
ことによって、負荷のパターンな極低温冷凍機が対応で
きるように調整でき、負荷変動による啄低遍冷凍陵２の
異常発生を回避することができる。

以上、詳述したように、本実施例によれば、Ｗ１衝容器
が不要になるため、装置が小形化できると共に、緩南容
器に対する侵入熱が無くなり省エネルギーとなる効果が
ある。又、ヒータ負荷の調節は比較的自由に選択できる
ため、装２としての運転制御性も向丘するという効果が
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、加熱手段によって極低温冷凍機に対す
る負荷を平滑化でへるため、緩衝容器が不要となりｉｆ
ｆの小形化、低コスト化の効果がある。又、侵入熱を低
減できるために省エネルギーの効果がある。さらに又、
加熱手段による負荷のパターンは可変であるため、運転
制御性が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の極低温冷凍１ｊｔＭの一実施例の構成
を示すブロック図、第２図は１ｇ１図の極低温冷凍装置
の負荷ｆ′ＩＪｆｉの一例を示す負荷曲線図、第３図は
パルス的負荷変動の一例を示す負荷曲線図、第４図は従
来の極低温−冷凍装置の構成、を示すブロック図である
。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・極低温冷凍機、
１０・・・・・・クライオスタット、１１・・・・・・
被冷却体、Ｉ・・・・・・ヒータ、ｎ゛・・・・・・ヒ
ータ制御器 代理人　弁理士　　小　川　勝　男 イ３図 時間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、冷媒ガスを圧縮循環する圧縮機と、該圧縮機で圧縮
   された高圧冷媒ガスを導入し極低温冷媒を生成する極低
   温冷凍機と、パルス的に変動する負荷を有する被冷却体
   とからなる極低温冷凍装置において、前記極低温冷凍機
   に対する負荷を与えられる加熱手段を設け、該加熱手段
   で与える負荷を調整することによって前記被冷却体の負
   荷と加熱手段の負荷との合計負荷を平滑化したことを特
   徴とする極低温冷凍装置。